固體氧化物型燃料電池的製作方法

2023-06-04 16:12:17 1

固體氧化物型燃料電池的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種固體氧化物型燃料電池，通過抑制熱失控，可以延長重整器的耐用年數。本發明是一種固體氧化物型燃料電池，其特徵在於，具有：燃料電池模塊，具備多個燃料電池單電池單元；重整部，配置在多個燃料電池單電池單元的上方，通過部分氧化重整反應以及水蒸氣重整反應來生成氫；蒸發室，與重整部鄰接配置；燃燒室，加熱蒸發室；燃料供給部件；重整用氧化劑氣體供給部件；供水部件；發電用氧化劑氣體供給部件；及控制部件，在燃料電池模塊的起動工序中，使燃料電池單電池單元升溫至可進行發電的溫度，控制部件在起動工序的整個期間內，控制重整用氧化劑氣體供給部件及供水部件，避免在重整部內單獨發生部分氧化重整反應。
【專利說明】固體氧化物型燃料電池
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種固體氧化物型燃料電池，尤其涉及通過使燃料和發電用氧化劑氣體進行反應而生成電力的固體氧化物型燃料電池。
【背景技術】
[0002]在日本國特開2004-319420號公報(專利文獻I)中記載有燃料電池及其運行方法。該文獻中所記載的燃料電池構成為，在起動工序中，經過在重整器內對燃料進行重整的多個工序，即部分氧化重整反應工序(Ρ0Χ工序)、自熱重整反應工序(ATR工序)、水蒸氣重整反應工序(SR工序)，而轉入發電工序。
[0003]在此，在專利文獻I所記載的燃料電池中，在燃料電池模塊內配置有重整器，該重整器通過使供給至各燃料電池單電池且在各燃料電池單電池中未利用於發電而殘留的燃料氣體(殘餘氣體)在各燃料電池單電池的上端部燃燒而被加熱。另外，在本說明書中，將上述利用殘餘氣體的燃燒熱量而將重整器加熱至可進行重整的溫度的類型的燃料電池稱為「殘餘氣體燃燒電池燃燒器方式」的燃料電池。
[0004]在上述殘餘氣體燃燒電池燃燒器方式的燃料電池中，在起動時，通過使殘餘氣體(由於在起動時未進行發電，因此所供給的全部燃料成為殘餘氣體)燃燒來加熱常溫的重整器。當重整器內的催化劑的溫度通過該加熱而上升至300°C左右時，在重整器內則會發生燃料和重整用空氣進行反應的部分氧化重整反應(Ρ0Χ工序)。由於部分氧化重整反應是發熱反應，因此在重整器內發生部分氧化重整反應時，通過該反應熱量及殘餘氣體的燃燒熱量，重整器則會被強力加熱。
[0005]當重整器的溫度通過該加熱而進一步上升時，則會向重整器內供給重整用的水蒸氣，在重整器內則會發生燃料和水蒸氣進行反應的水蒸氣重整反應。雖然該水蒸氣重整反應是能夠比部分氧化重整反應更高效地生成氫的反應，但是如果重整器內的催化劑的溫度未上升至600°C左右則不會發生。另外，由於水蒸氣重整反應是吸熱反應，因此如果不是重整器及燃料電池模塊內的溫度充分上升的狀態，則催化劑的溫度急劇下降，無法進行穩定的水蒸氣重整。於是，在殘餘氣體燃燒電池燃燒器方式的燃料電池中，進行POX工序後，向重整器供給重整用空氣及水蒸氣，在重整器內使部分氧化重整反應及水蒸氣重整反應同時發生(ATR工序)。在該ATR工序中，在部分氧化重整反應的發熱、水蒸氣重整反應的吸熱以及殘餘氣體的燃燒熱量保持適度的平衡的同時，重整器及燃料電池模塊內的溫度上升。
[0006]當重整器及燃料電池模塊內的溫度通過ATR工序而充分上升後，停止供給重整用空氣，在重整器內僅發生水蒸氣重整反應(SR工序)。此後，通過SR工序使各燃料電池單電池的溫度上升至可進行發電的溫度後，燃料電池轉入發電工序，在發電工序中，只通過水蒸氣重整反應來生成氫。
[0007]如此，在不具有針對重整器的專用加熱部件的殘餘氣體燃燒電池燃燒器方式的燃料電池中，在起動工序的初期，通過利用在較低溫度下發生的部分氧化重整反應的POX工序而從常溫急速地加熱重整器，之後執行利用水蒸氣重整反應的重整(ATR工序、SR工序)。[0008]專利文獻1:日本國特開2004-319420號公報
[0009]但是，由於POX工序中的部分氧化重整反應產生大量的熱量，因此在重整器內發生部分氧化重整反應時，其周圍的催化劑的溫度也急劇上升。如此，催化劑的溫度上升時，則在該部分進一步促進部分氧化重整反應，溫度高的部分被進一步加熱。因此，在POX工序中，存在如下問題，重整器內容易陷入熱失控狀態。發生上述熱失控時，在重整器整體的溫度充分上升之前，重整器的溫度變為局部過度上升。上述狀態長期持續時，則存在如下問題，重整器的溫度局部過度上升，因重整用催化劑的劣化而導致重整器的耐用年數變短，或者重整器有時會發生損傷。

【發明內容】

[0010]因而，本發明的目的在於提供一種固體氧化物型燃料電池，通過抑制熱失控並使重整器內的溫度迅速地上升，可以延長重整器的耐用年數，或防止重整器損傷。
[0011]為了解決上述課題，本發明是一種固體氧化物型燃料電池，是殘餘氣體燃燒電池燃燒器方式的固體氧化物型燃料電池，供給至燃料電池單電池的燃料從一端流出，通過使流出的殘餘氣體燃燒來加熱重整部，其特徵在於，具有:燃料電池模塊，具備在使燃料流過的內部通路上形成有燃料極的多個燃料電池單電池單元；重整部，配置在該燃料電池模塊內的多個燃料電池單電池單元的上方，通過使燃料和重整用氧化劑氣體進行化學反應而引起的部分氧化重整反應以及使燃料和重整用水蒸氣進行化學反應而引起的水蒸氣重整反應來生成氫；蒸發室，在多個燃料電池單電池單元的上方，與重整部鄰接配置，使所被供給的水蒸發；燃燒室，配置在燃料電池模塊內，使流過內部通路的燃料在各燃料電池單電池單元的上端燃燒，加熱上方的重整部及蒸發室；燃料供給部件，通過向重整部供給燃料，從而將在重整部中重整的燃料送入各燃料電池單電池單元；重整用氧化劑氣體供給部件，向重整部供給重整用氧化劑氣體；供水部件，向蒸發室供給重整用水；發電用氧化劑氣體供給部件，向多個燃料電池單電池單元的氧化劑氣體極供給發電用氧化劑氣體；及控制部件，在燃料電池模塊的起動工序中，控制燃料供給部件、重整用氧化劑氣體供給部件及供水部件，在重整部內發生部分氧化重整反應及水蒸氣重整反應，使多個燃料電池單電池單元升溫至可進行發電的溫度，控制部件在起動工序的整個期間內，控制重整用氧化劑氣體供給部件及供水部件，避免在重整部內單獨發生部分氧化重整反應。
[0012]在如此構成的本發明中，燃料供給部件及重整用氧化劑氣體供給部件向重整部供給燃料及重整用氧化劑氣體。另外，供水部件向與重整部鄰接配置的蒸發室供給重整用水。在重整部重整後的燃料被供給至燃料電池模塊所具備的多個燃料電池單電池單元。流過多個燃料電池單電池單元的形成有燃料極的內部通路的燃料在各燃料電池單電池單元的上端燃燒，加熱上方的重整部及蒸發室。控制部件在燃料電池模塊的起動工序中，控制燃料供給部件、重整用氧化劑氣體供給部件及供水部件，在重整部內發生部分氧化重整反應及水蒸氣重整反應，使多個燃料電池單電池單元升溫至可進行發電的溫度。另外，控制部件在起動工序的整個期間內，控制重整用氧化劑氣體供給部件及供水部件，避免在重整部內單獨發生部分氧化重整反應。
[0013]以往，在使流過各燃料電池單電池單元的燃料(殘餘氣體)燃燒且利用該燃燒熱量加熱重整部的類型的殘餘氣體燃燒電池燃燒器方式的固體氧化物型燃料電池中，在起動工序中，在重整部內依次發生部分氧化重整反應(POX工序)、自熱重整反應(ATR工序)、水蒸氣重整反應(SR工序)，使燃料電池單電池單元的溫度上升。在此，部分氧化重整反應在較低的溫度下發生，並且是發熱反應，因此，可以對燃料電池模塊內進行強力加熱。因此，使部分氧化重整反應單獨發生的POX工序在從常溫加熱燃料電池單電池單元的初期階段是必要的工序。但是，在重整部內單獨發生部分氧化重整反應時，容易引起急劇的加熱所導致的熱失控，重整部內的催化劑發生劣化，由此，成為重整部耐用年數縮短的原因。本申請發明人針對上述殘餘氣體燃燒電池燃燒器方式的固體氧化物型燃料電池固有的技術課題，首先為了能夠在起動工序的初期生成水蒸氣重整用的水蒸氣，而將生成水蒸氣的蒸發室配置在多個燃料電池單電池單元的上方，並且與重整部鄰接配置。由此，在起動工序開始後，可以使蒸發室的溫度急速上升。在本申請發明中，通過採用上述構成，並通過恰當地控制重整用氧化劑氣體供給部件及供水部件，從而成功地不在重整部內使部分氧化重整反應單獨發生便使燃料電池模塊內的溫度升溫至可進行發電的溫度。由此，防止重整部的熱失控，解決了上述技術課題。
[0014]在本發明中，優選控制部件作為重整部內的燃料重整工序僅執行在重整部內同時發生部分氧化重整反應及水蒸氣重整反應的ATR工序以及在重整部內僅發生水蒸氣重整反應的SR工序。
[0015]根據如此構成的本發明，由於在重整部內僅執行同時發生部分氧化重整反應及水蒸氣重整反應的ATR工序以及僅發生水蒸氣重整反應的SR工序，因此在重整部內，不會單獨發生發熱反應即部分氧化重整反應，可以防止重整反應的熱失控所引起的重整部的劣化、損傷。
[0016]在本發明中，優選控制部件控制重整用氧化劑氣體供給部件，使重整用氧化劑氣體的供給量在重整部內實現僅由部分氧化重整反應進行的燃料重整，與重整用氧化劑氣體中的氧O2和燃料中的碳C的比值02/C = 0.4相比，始終使氧O2的比例變少。
[0017]根據如此構成的本發明，由於控制重整用氧化劑氣體供給部件，與重整用氧化劑氣體中的氧O2和燃料中的碳C的比值02/C = 0.4相比，始終使氧O2的比例變少，因此為了對所供給的燃料的全部量進行部分氧化重整，氧O2則會不足，一定會誘發水蒸氣重整反應，可以切實地保護重整部。
[0018]在本發明中，優選控制部件將ATR工序分成多個階段來執行，在ATR工序的初期階段，控制供水部件，使供水量變為最少。
[0019]根據如此構成的本發明，由於ATR工序被分成多個階段來執行，在ATR工序的初期階段，使供水量變為最少，因此可以抑制在重整部的溫度低的起動工序初期發生的水蒸氣重整反應所引起的吸熱，使重整部溫度切實地上升。
[0020]在本發明中，優選控制部件在重整部的溫度達到發生部分氧化重整反應的溫度之前使供水部件開始供水，避免在重整部內單獨發生部分氧化重整反應。
[0021]根據如此構成的本發明，由於在重整部的溫度達到發生部分氧化重整反應的溫度之前使供水部件開始供水，因此提前供給的水在蒸發室內成為水蒸氣，當達到發生部分氧化重整反應的溫度時，可以切實地向重整部供給水蒸氣。
[0022]在本發明中，優選控制部件在使流過各燃料電池單電池單元的內部通路的燃料點燃後，在重整部的溫度達到發生部分氧化重整反應的溫度之前使供水部件開始供水。[0023]在殘餘氣體燃燒電池燃燒器方式的固體氧化物型燃料電池中，通常即使進行點火，殘餘氣體也不會立即點燃，在完成點燃之前有時需要時間。如果在點燃之前開始供水，則在點燃所需的時間變長時，大量的水未在蒸發室內蒸發而導致貯留。大量的水貯留在蒸發室內時，則直至水開始蒸發會需要較長的時間，水蒸氣的供給延後。另外，貯留的大量的水在短時間內蒸發時，則在重整部內發生急劇的水蒸氣重整反應，有時會因其吸熱而引起重整部的溫度下降。根據如上構成的本發明，由於在點燃後開始供水，因此可避免水蒸氣的供給延遲，避免發生急劇的水蒸氣重整反應，切實地防止單獨發生部分氧化重整反應及重整部的溫度下降。
[0024]在本發明中，優選控制部件在執行使流過各燃料電池單電池單元的內部通路的燃料點燃的點火工序之前使供水部件工作，在點火工序中使供水部件停止，並且在點燃後使供水部件開始供水。
[0025]通常在起動工序開始時，將水從供水部件導向蒸發室的管路被空氣充滿。因此，需要向蒸發室供水時，即便使供水部件工作，在水實際上被供給至蒸發室之前的期間也會發生時延。根據如上構成的本發明，由於在執行點火工序之前使供水部件工作，因此可以預先清空將水導向蒸發室的管路內的空氣，可以縮短在點燃後使供水部件工作時的供水時延，可以在恰當的時機向蒸發室內供水。
[0026]在本發明中，優選控制部件在從ATR工序的初期階段即ATRl工序轉入下一個階段即ATR2工序時，使供水量增加，另一方面，將重整用氧化劑氣體供給量保持於一定。
[0027]根據如此構成的本發明，由於在從ATRl工序轉入ATR2工序時重整用氧化劑氣體供給量被保持於一定，因此可以保持可通過部分氧化重整進行重整的碳量，同時使水蒸氣重整的比例增加,抑制重整部中的碳析出及重整部的溫度下降的風險。
[0028]在本發明中，優選控制部件在從ATRl工序轉入ATR2工序時，將燃料供給量保持於一定。
[0029]根據如此構成的本發明，由於從ATRl工序轉入ATR2工序時燃料供給量被保持於一定，因此可以防止在重整部的溫度低的狀態下重整反應變得不穩定，可以使重整部穩定地升溫。
[0030]在本發明中，優選控制部件構成為在ATR2工序之後執行ATR3工序，從ATR2工序轉入ATR3工序時，變更燃料供給量及重整用氧化劑氣體供給量，另一方面，將供水量保持
於一定。
[0031]根據如此構成的本發明，由於從重整部的溫度較為上升的ATR2工序轉移時變更燃料供給量及重整用氧化劑氣體供給量，因此可以將重整反應不穩定的風險抑制於最小限。
[0032]根據本發明的固體氧化物型燃料電池，通過抑制熱失控並使重整器內的溫度迅速地上升，可以延長重整器的耐用年數，或防止重整器損傷。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1是表示本發明一個實施方式的燃料電池裝置的整體結構圖。
[0034]圖2是表示本發明一個實施方式的燃料電池裝置的燃料電池模塊的主視剖視圖。
[0035]圖3是沿圖2的II1-1II線的剖視圖。[0036]圖4是表示本發明一個實施方式的燃料電池裝置的燃料電池單電池單元的(a)局部剖視圖及(b)橫截面圖。
[0037]圖5是表示本發明一個實施方式的燃料電池裝置的燃料電池電堆的立體圖。
[0038]圖6是表示本發明一個實施方式的燃料電池裝置的框圖。
[0039]圖7是本發明一個實施方式的燃料電池裝置的重整器的立體圖。
[0040]圖8是在本發明一個實施方式的燃料電池裝置中拆下頂板以示出重整器內部的立體圖。
[0041]圖9是在本發明一個實施方式的燃料電池裝置中表示重整器內部的燃料流向的俯視剖視圖。
[0042]圖10是在本發明一個實施方式的燃料電池裝置中表示收納在殼體內的金屬制箱體及空氣用換熱器的立體圖。
[0043]圖11是在本發明一個實施方式的燃料電池裝置中表示換熱器用絕熱材料和蒸發部的位置關係的剖視圖。
[0044]圖12是本發明一個實施方式的燃料電池裝置的起動工序中的控制流程圖。
[0045]圖13是在本發明一個實施方式的燃料電池裝置中表示起動工序的各階段的燃料、重整用空氣、水、發電用空氣的供給量的圖表。
[0046]圖14是在本發明一個實施方式的燃料電池裝置中表示起動工序中的燃料等的各供給量及各部分的溫度的一個例子的時間圖。
[0047]圖15是表示本發明變形例的燃料電池裝置中的蒸發室升溫用絕熱層的剖視圖。
[0048]符號說明
[0049]1-固體氧化物型燃料電池；2_燃料電池模塊；4_輔助設備單元；7_絕熱材料(外側絕熱材料)；8-箱體；10_發電室；12_燃料電池單電池集合體；14_燃料電池電堆；16_燃料電池單電池單元(固體氧化物型燃料電池單電池)；18-燃燒室；20-重整器；20a-蒸發部(蒸發室);20b-重整部；21-整流板(間隔板);21a-開口部；21b-排氣通路；21c-氣體滯留空間；22_空氣用換熱器(發電氧化劑氣體用換熱器)；23_蒸發室用絕熱材料(蒸發室升溫用絕熱層)；24_供水源；26-純水箱；28-水流量調節單元(供水部件)；30_燃料供給源；38_燃料流量調節單元(燃料供給部件)；40_空氣供給源；44_重整用空氣流量調節單元(重整用氧化劑氣體供給部件)；45_發電用空氣流量調節單元(發電用氧化劑氣體供給部件)；46_第I加熱器；48_第2加熱器；50-溫水製造裝置(排熱回收用換熱器)；52-控制箱；54_逆變器；60_純水導入管；62_被重整氣體導入管；66_分流器(分散室)；70-燃燒氣體配管；72_發電用空氣流路；74_發電用空氣導入管；76_連接流路；76a_出口孔；77-發電用空氣供給路；77a-吹出口 ；82_排放氣體排出管；83_點火裝置(點燃部件)；84-燃料電池單電池；86_內側電極端子；88_燃料氣體流路(內部通路)；90_內側電極層；92-外側電極層；94_電解質層；110_控制部(控制部件)；110a-點燃判定部件；112_操作裝置；114_顯示裝置；116_警報裝置；126_電力狀態檢測傳感器(需求電力檢測部件)；132-燃料流量傳感器(燃料供給量檢測傳感器)；138-壓力傳感器(重整器壓力傳感器)；142-發電室溫度傳感器(溫度檢測部件)；148-重整器溫度傳感器；150-外氣溫度傳感器；223-空氣層(蒸發室升溫用絕熱層)。【具體實施方式】
[0050]下面，參照【專利附圖】

【附圖說明】本發明實施方式的固體氧化物型燃料電池(SOFC)。
[0051]圖1是表示本發明一個實施方式的固體氧化物型燃料電池(SOFC)的整體結構圖。如該圖1所示，本發明一個實施方式的固體氧化物型燃料電池(SOFC)I具備燃料電池模塊2和輔助設備單元4。
[0052]燃料電池模塊2具備殼體6，在該殼體6內部收納有被外側絕熱材料即絕熱材料7包圍的構成密封空間的箱體8。在該箱體8內部的下方部分即發電室10內，配置有利用燃料和氧化劑(空氣)進行發電反應的燃料電池單電池集合體12。該燃料電池單電池集合體12具備10個燃料電池電堆14 (參照圖5)，該燃料電池電堆14由16根燃料電池單電池單元16 (參照圖4)構成。如此，燃料電池單電池集合體12具有160根燃料電池單電池單元16，這些燃料電池單電池單元16全部串聯連接。
[0053]在燃料電池模塊2的箱體8內部的上述發電室10的上方形成有燃燒室18,發電反應中未使用的剩餘的燃料和剩餘的氧化劑(空氣)在該燃燒室18內燃燒，生成排放氣體。
[0054]而且，在該燃燒室18的上方配置有對燃料進行重整的重整器20，利用前述剩餘氣體的燃燒熱量將重整器20加熱至可進行重整反應的溫度。而且，在該重整器20的上方配置有空氣用換熱器22，用於接收重整器20的熱量以加熱空氣，抑制重整器20的溫度下降。
[0055]接下來，輔助設備單元4具備:純水箱26，貯存來自水管等供水源24的水並通過過濾器使其成為純水；及水流量調節單元28 (由電動機驅動的「水泵」等)，調節從該貯水箱供給的水的流量。輔助設備單元4還具備:氣體截止閥32，截斷從城市煤氣等的燃料供給源30供給的燃料；脫硫器36，用於從燃料氣體除去硫磺；及燃料流量調節單元38(由電動機驅動的「燃料泵」等)，調節燃料氣體的流量。輔助設備單元4進一步具備:電磁閥42，截斷從空氣供給源40供給的氧化劑即空氣；重整用空氣流量調節單元44及發電用空氣流量調節單元45 (由電動機驅動的「空氣鼓風機」等)，調節空氣的流量；第I加熱器46，加熱向重整器20供給的重整用空氣；以及第2加熱器48，加熱向發電室供給的發電用空氣。上述第I加熱器46和第2加熱器48是為了高效地進行起動時的升溫而設置的，但是也可以省略。
[0056]接下來，在燃料電池模塊2上連接有溫水製造裝置50，其被供給排放氣體。該溫水製造裝置50被供給來自供水源24的自來水，該自來水由於排放氣體的熱量而成為溫水，並被供給至未圖示的外部供熱水器的貯熱水箱。
[0057]而且，在燃料電池模塊2上安裝有控制箱52，其用於控制燃料氣體的供給量等。
[0058]而且，在燃料電池模塊2上連接有電力導出部(電力轉換部)即逆變器54，其用於向外部供給由燃料電池模塊發出的電力。
[0059]接下來，根據圖2及圖3，說明本發明實施方式的固體氧化物型燃料電池(SOFC)的燃料電池模塊的內部結構。圖2是表示本發明一個實施方式的固體氧化物型燃料電池(SOFC)的燃料電池模塊的側視剖視圖，圖3是沿圖2的II1-1II線的剖視圖。
[0060]如圖2及圖3所示，在燃料電池模塊2的殼體6內的被密閉的箱體8內，如上所述，從下方依次配置有燃料電池單電池集合體12、重整器20、空氣用換熱器22。
[0061 ] 重整器20在其上遊端側安裝有用於導入純水的純水導入管60和用於導入將要重整的燃料氣體和重整用空氣的被重整氣體導入管62，而且，在重整器20的內部，自上遊側起依次形成有蒸發部20a和重整部20b，在上述蒸發部20a和重整部20b中填充有重整催化齊U。導入該重整器20的混合有水蒸氣(純水)的燃料氣體及空氣通過填充在重整器20內的重整催化劑而被重整。作為重整催化劑，適合使用在氧化鋁的球體表面賦予鎳的物質，或在氧化鋁的球體表面賦予釕的物質。
[0062]在該重整器20的下遊端側連接有燃料氣體供給管64，該燃料氣體供給管64向下方延伸，並且還在形成於燃料電池單電池集合體12下方的分流器66內水平延伸。在燃料氣體供給管64的水平部64a下方的面上形成有多個燃料供給孔64b，從該燃料供給孔64b向分流器66內供給重整後的燃料氣體。
[0063]在該分流器66的上方安裝有用於支撐上述燃料電池電堆14的具備貫穿孔的下支撐板68，分流器66內的燃料氣體被供給至燃料電池單電池單元16內。
[0064]接下來，在重整器20的上方設置有空氣用換熱器22。
[0065]另外，如圖2所示，用於使燃料氣體和空氣開始燃燒的點火裝置83設置於燃燒室18。
[0066]下面，根據圖4對燃料電池單電池單元16進行說明。圖4(a)是表示本發明一個實施方式的固體氧化物型燃料電池(SOFC)的燃料電池單電池單元的局部剖視圖。圖4(b)是燃料電池單電池單元的橫截面圖。
[0067]如圖4(a)所示，燃料電池單電池單元16具備燃料電池單電池84和分別連接於該燃料電池單電池84的上下方向端部的內側電極端子86。
[0068]燃料電池單電池84是在上下方向上延伸的管狀結構體，具備在內部形成內部通路即燃料氣體流路88的圓筒形內側電極層90、圓筒形外側電極層92、位於內側電極層90和外側電極層92之間的電解質層94。該內側電極層90是燃料氣體流過的燃料極，為(-)極，另一方面，外側電極層92是與空氣接觸的空氣極，為(+)極。
[0069]由於安裝在燃料電池單電池84的上端側和下端側的內側電極端子86為相同結構，因此在此具體地說明安裝於上端側的內側電極端子86。內側電極層90的上部90a具備相對於電解質層94和外側電極層92露出的外周面90b和上端面90c。內側電極端子86隔著導電性密封材料96與內側電極層90的外周面90b連接，而且，通過與內側電極層90的上端面90c直接接觸而與內側電極層90電連接。在內側電極端子86的中心部形成有與內側電極層90的燃料氣體流路88連通的燃料氣體流路98。
[0070]內側電極層90例如可以由NiO和摻雜有從Ca或Y、Sc等稀土類元素中選擇的至少一種元素的氧化鋯的混合體、NiO和摻雜有從稀土類元素中選擇的至少一種元素的二氧化鈰的混合體、NiO和摻雜有從Sr、Mg、Co、Fe、Cu中選擇的至少一種元素的鎵酸鑭的混合體中的至少一種形成。
[0071]電解質層94例如可以由摻雜有從Y、Sc等稀土類元素中選擇的至少一種元素的氧化錯、摻雜有從稀土類元素中選擇的至少一種元素的二氧化鋪、摻雜有從Sr、Mg中選擇的至少一種元素的鎵酸鑭中的至少一種形成。
[0072]外側電極層92例如可以由摻雜有從Sr、Ca中選擇的至少一種元素的錳酸鑭、摻雜有從Sr、Co、N1、Cu中選擇的至少一種元素的鐵酸鑭、摻雜有從Sr、Fe、N1、Cu中選擇的至少一種元素的鈷酸鑭、銀等中的至少一種形成。
[0073]下面，參照圖4(b)詳細說明燃料電池單電池84的結構。[0074]如圖4(b)所示，內側電極層90由第I燃料極90d和第2燃料極90e構成。另外，電解質層94由第I電解質94a和第2電解質94b構成，外側電極層92由空氣極92a和集電層92b構成。
[0075]在本實施方式中，第I燃料極90d通過將NiO和摻雜有Y的氧化鋯即YSZ的混合物燒成為圓筒狀而形成。第2燃料極90e通過使NiO和摻雜有Gd的二氧化鈰即⑶C的混合物在第I燃料極90d的外側成膜而形成。
[0076]另外，在本實施方式中，第I電解質94a通過將摻雜有鑭的二氧化鈰即LDC40層疊在第2燃料極90e的外側而形成。而且，第2電解質94b通過將摻雜有Sr及Mg的鎵酸鑭即LSGM層疊在第I電解質94a的外側而形成。通過對如此形成的成形體進行燒成而構成燒成體。
[0077]另外，在本實施方式中，空氣極92a通過在該燒成體的外側使摻雜有Sr及Fe的鈷酸鑭即LSCF成膜而形成。集電層92b通過在空氣極92a的外側形成Ag層而構成。
[0078]下面，根據圖5對燃料電池電堆14進行說明。圖5是表示本發明一個實施方式的固體氧化物型燃料電池(SOFC)的燃料電池電堆的立體圖。
[0079]如圖5所示，燃料電池電堆14具備16根燃料電池單電池單元16，這些燃料電池單電池單元16的下端側及上端側分別被陶瓷製下支撐板68及上支撐板100支撐。在上述下支撐板68及上支撐板100上分別形成有內側電極端子86可貫穿的貫穿孔68a及100a。
[0080]而且，在燃料電池單電池單元16上安裝有集電體102及外部端子104。該集電體102由與安裝於燃料極即內側電極層90的內側電極端子86電連接的燃料極用連接部102a和與空氣極即外側電極層92的外周面整體電連接的空氣極用連接部102b —體地形成。空氣極用連接部102b由在外側電極層92的表面沿上下方向延伸的鉛垂部102c和從該鉛垂部102c沿外側電極層92的表面在水平方向上延伸的很多水平部102d形成。而且，燃料極用連接部102a從空氣極用連接部102b的鉛垂部102c朝向燃料電池單電池單元16的位於上下方向的內側電極端子86，向斜上方或斜下方直線延伸。
[0081]而且，在位於燃料電池電堆14 一端(圖5中左端的裡側及跟前側)的2個燃料電池單電池單元16的上側端及下側端的內側電極端子86上分別連接有外部端子104。這些外部端子104與位於鄰接的燃料電池電堆14 一端的燃料電池單電池單元16的外部端子104(未圖示)連接，如上所述，160根燃料電池單電池單元16全部串聯連接。
[0082]下面，根據圖6對安裝於本實施方式的固體氧化物型燃料電池(SOFC)的傳感器類等進行說明。圖6是表示本發明一個實施方式的固體氧化物型燃料電池(SOFC)的框圖。
[0083]如圖6所示，固體氧化物型燃料電池I具備控制部110，該控制部110連接有:操作裝置112，具備用於使用者操作的「開」、「關」等操作按鈕；顯示裝置114，用於顯示發電輸出值(瓦特數)等的各種數據；及警報裝置116，在異常狀態時等發出警報(warning)。另外，該警報裝置116也可以是與位於遠距離地點的管理中心連接，向該管理中心通知異常狀態的形式。
[0084]接下來，向控制部110輸入來自以下說明的各種傳感器的信號。
[0085]首先，可燃氣體檢測傳感器120是用於檢測氣體洩漏的元件，安裝於燃料電池模塊2及輔助設備單元4。
[0086]CO檢測傳感器122是用於檢測原本經由排放氣體通路80等向外部排出的排放氣體中的CO是否洩漏在覆蓋燃料電池模塊2及輔助設備單元4的外部殼體(未圖示)中的元件。
[0087]熱水貯存狀態檢測傳感器124是用於檢測未圖示的供熱水器的熱水溫度、水量等的元件。
[0088]電力狀態檢測傳感器126是用於檢測逆變器54及配電板(未圖示)的電流及電壓等的兀件。
[0089]發電用空氣流量檢測傳感器128是用於檢測向發電室10供給的發電用空氣的流量的元件。
[0090]重整用空氣流量傳感器130是用於檢測向重整器20供給的重整用空氣的流量的元件。
[0091]燃料流量傳感器132是用於檢測向重整器20供給的燃料氣體的流量的元件。
[0092]水流量傳感器134是用於檢測向重整器20供給的純水的流量的元件。
[0093]水位傳感器136是用於檢測純水箱26的水位的元件。
[0094]壓力傳感器138是用於檢測重整器20的外部上遊側的壓力的元件。
[0095]排氣溫度傳感器140是用於檢測流入溫水製造裝置50的排放氣體的溫度的元件。
[0096]如圖3所示，發電室溫度傳感器142是設置在燃料電池單電池集合體12附近的前面側和背面側，用於檢測燃料電池電堆14附近的溫度，從而推斷燃料電池電堆14(即燃料電池單電池84自身)的溫度的元件。
[0097]燃燒室溫度傳感器144是用於檢測燃燒室18的溫度的元件。
[0098]排放氣體室溫度傳感器146是用於檢測排放氣體室78的排放氣體的溫度的元件。
[0099]重整器溫度傳感器148是用於檢測重整器20的溫度的元件，根據重整器20的入口溫度和出口溫度計算出重整器20的溫度。
[0100]外氣溫度傳感器150是當固體氧化物型燃料電池(SOFC)配置在室外時用於檢測外氣溫度的元件。而且，也可以設置測定外氣溼度等的傳感器。
[0101]來自這些傳感器類的信號發送至控制部110，控制部110根據基於這些信號的數據，向水流量調節單元28、燃料流量調節單元38、重整用空氣流量調節單元44、發電用空氣流量調節單元45發送控制信號，以控制這些單元的各流量。
[0102]下面，參照圖7至圖9說明重整器20的詳細構成。
[0103]圖7是重整器20的立體圖，圖8是拆下頂板以示出重整器20內部的立體圖。圖9是表示重整器20內部的燃料流向的俯視剖視圖。
[0104]如圖7所示，重整器20是長方體狀的金屬制箱，在內部填充有用於對燃料進行重整的重整催化劑。而且，在重整器20的上遊側連接有用於導入水的純水導入管60以及用於導入燃料及重整用空氣的被重整氣體導入管62。另外，在重整器20的下遊側連接有燃料氣體供給管64，使在內部重整後的燃料流出。而且，在重整器20上沿長度方向設置有8個通氣口 20c。上述通氣口 20c被設置為從重整器20的底面貫穿至上面，使在重整器20下方的燃燒室18(圖2)中燃燒的燃燒氣體順暢地向重整器20的上方排出，各通氣口 20c未與重整器20的內部連通。
[0105]如圖8所示，在重整器20內部的上遊側設置有蒸發室即蒸發部20a，與該蒸發部20a鄰接，在下遊側設置有重整部20b。通過在蒸發部20a的內部配置多個隔板，從而形成有曲折的通路。導入至重整器20的水在溫度上升的狀態下在蒸發部20a內蒸發，成為水蒸氣。而且，導入至重整器20的燃料氣體、重整用空氣流過蒸發部20a的曲折的通路並與水蒸氣混合。
[0106]另一方面，在重整部20b的內部也通過配置多個隔板而形成有曲折的通路，在該通路中填充有催化劑。蒸發部20a中混合的燃料氣體及重整用空氣流過重整部20b的通路並進行部分氧化重整反應。另外，從蒸發部20a導入燃料氣體、水蒸氣及重整用空氣的混合物時，在重整部20b中發生部分氧化重整反應及水蒸氣重整反應。另外，從蒸發部20a導入燃料氣體及水蒸氣的混合物時，在重整部20b中僅發生水蒸氣重整反應。
[0107]另外，在本實施方式中，雖然蒸發部和重整部一體構成，從而形成I個重整器，但是作為變形例，也可以設置僅具備重整部的重整器，並在其上遊側鄰接設置蒸發室。
[0108]如圖9所示，導入至重整器20的蒸發部20a的燃料氣體、水及重整用空氣最初沿重整器20的橫向蜿蜒流動，之後向2個通路分支，並沿重整器20的長度方向蜿蜒前行。進而，通路再次合流，在重整器20的中央部分連接於重整部20b。導入至重整部20b的燃料等在重整部20b的中央沿長度方向流動後，分支為2個並折返，2個通路再次折返以朝向重整部20b的下遊端，在此合流並流入至燃料氣體供給管64。燃料在如此流過蜿蜒的通路的同時被填充在通路中的催化劑重整。
[0109]下面，再參照圖10及圖11，同時再次參照圖2及圖3，詳細說明發電氧化劑氣體用換熱器即空氣用換熱器22的結構。圖10是表示收納在殼體6內的金屬制箱體8及空氣用換熱器22的立體圖。圖11是表示換熱器用絕熱材料和蒸發部的位置關係的剖視圖。
[0110]如圖10所示，空氣用換熱器22是配置在燃料電池模塊2內的箱體8的上方的換熱器。另外，如圖2及圖3所示，由於在箱體8的內部形成有燃燒室18，並收納有多個燃料電池單電池單元16、重整器20等，因此空氣用換熱器22位於它們的上方。空氣用換熱器22構成為通過回收、利用在燃燒室18內燃燒並作為排氣而排出的燃燒氣體的熱量，從而對被導入至燃料電池模塊2內的發電用空氣進行預熱。另外，如圖10所示，在箱體8的上面和空氣用換熱器22的底面之間，以夾在它們之間的方式配置有蒸發室升溫用絕熱層即蒸發室用絕熱材料23。而且，外側絕熱材料即絕熱材料7覆蓋圖10所示的空氣用換熱器22及箱體8的外側(圖2)。
[0111]如圖2及圖3所示，空氣用換熱器22具有多個燃燒氣體配管70和發電用空氣流路72。而且，如圖2所示，在多個燃燒氣體配管70 —側的端部上設置有排放氣體匯集室78，該排放氣體匯集室78與各燃燒氣體配管70連通。而且，在排放氣體匯集室78上連接有排放氣體排出管82。另外，各燃燒氣體配管70另一側的端部開放，該開放的端部介由形成在箱體8上面的連通開口 8a而與箱體8內的燃燒室18連通。
[0112]燃燒氣體配管70是朝向水平方向的多個金屬制圓管，各圓管各自平行配置。另一方面，發電用空氣流路72由各燃燒氣體配管70的外側空間構成。而且，在發電用空氣流路72—側的端部上方連接有發電用空氣導入管74，燃料電池模塊2外部的空氣經由發電用空氣導入管74而被導入至發電用空氣流路72。另外，在發電用空氣流路72的另一側端部的兩個側面上連接有一對連接流路76 (圖3、圖10)，發電用空氣流路72和各連接流路76分別介由出口孔76a而連通。
[0113]如圖3所示，在箱體8的兩個側面上分別設置有發電用空氣供給路77。設置在空氣用換熱器22的兩個側面上的各連接流路76分別與設置在箱體8的兩個側面上的發電用空氣供給路77的上部連通。而且，在各發電用空氣供給路77的下部沿水平方向排列設置有很多的吹出口 77a。經由各發電用空氣供給路77而供給的發電用空氣從很多的吹出口77a向燃料電池模塊2內的燃料電池電堆14的下部側面噴射。
[0114]另外，在箱體8內部的頂棚面上安裝有間隔板即整流板21，在該整流板21上設置有開口部21a。
[0115]整流板21是水平配置在箱體8的頂棚面和重整器20之間的板材。該整流板21構成為調整從燃燒室18流向上方的氣體流向，並引導至空氣用換熱器22的入口(連通開口 8a)。從燃燒室18流向上方的發電用空氣及燃燒氣體經由設置在整流板21中央的開口部21a而流入整流板21的上側，沿整流板21的上面和箱體8的頂棚面之間的排氣通路21b流向圖2中的左側方向，並被引導至空氣用換熱器22的入口。而且，如圖11所示，開口部21a被設置在重整器20的重整部20b的上方，經由開口部21a而上升的氣體流向與蒸發部20a相反側的圖2、圖11中的左側的排氣通路21b。因此，蒸發部20a上方的空間(圖2、圖11中的右側)作為排氣流動比重整部20b上方的空間慢的氣體滯留空間21c而發揮作用。
[0116]蒸發室用絕熱材料23是在空氣用換熱器22的底面上以大致覆蓋其整體的方式安裝的絕熱材料。因而，蒸發室用絕熱材料23橫跨配置在蒸發部20a整體的上方。該蒸發室用絕熱材料23被配置為，抑制形成在整流板21的上面和箱體8的頂棚面之間的排氣通路21b及氣體滯留空間21c內的高溫氣體直接加熱空氣用換熱器22的底面。因此，從滯留在蒸發部20a上方的排氣通路中的排氣直接傳遞給空氣用換熱器22的底面的熱量變少，蒸發部20a周圍的溫度變得容易上升。
[0117]另外，與為了抑制熱量向外氣散失而覆蓋燃料電池模塊2的箱體8及空氣用換熱器22整體的外側絕熱材料即絕熱材料7不同，蒸發室用絕熱材料23是配置在絕熱材料7的內部的絕熱材料。而且，絕熱材料7構成為絕熱性比蒸發室用絕熱材料23高。S卩，絕熱材料7的內面和外面之間的熱阻比蒸發室用絕熱材料23的上面和下面之間的熱阻大。SP，用同一材料構成絕熱材料7和蒸發室用絕熱材料23時，使絕熱材料7構成為比蒸發室用絕熱材料23厚。
[0118]下面，說明固體氧化物型燃料電池I的發電運行時的燃料、發電用空氣及排放氣體的流向。
[0119]首先，燃料介由被重整氣體導入管62而被導入重整器20的蒸發部20a，同時純水介由純水導入管60而被導入蒸發部20a。由於在發電運行中，蒸發部20a被加熱至高溫，因此導入至蒸發部20a的純水較快地被蒸發而成為水蒸氣。所蒸發的水蒸氣及燃料在蒸發部20a內混合，流入重整器20的重整部20b。與水蒸氣一起被導入重整部20b的燃料在此進行水蒸氣重整，被重整為富含氫的燃料氣體。在重整部20b中重整後的燃料經由燃料氣體供給管64向下方下降，流入分散室即分流器66。
[0120]分流器66是配置在燃料電池電堆14下側的體積較大的長方體狀的空間，設置在其上面的很多的孔與構成燃料電池電堆14的各燃料電池單電池單元16的內側連通。導入至分流器66的燃料經由設置在其上面的很多的孔，並經由燃料電池單電池單元16的燃料極側，即燃料電池單電池單元16的內部，從其上端流出。另外，燃料即氫氣流過燃料電池單電池單元16的內部時，與流過空氣極(氧化劑氣體極)即燃料電池單電池單元16外側的空氣中的氧進行反應從而生成電荷。未使用於該發電而殘留的剩餘燃料從各燃料電池單電池單元16的上端流出，在設置於燃料電池電堆14上方的燃燒室18內燃燒。
[0121]另一方面，通過發電用氧化劑氣體供給部件即發電用空氣流量調節單元45，氧化劑氣體即發電用空氣介由發電用空氣導入管74而被送入燃料電池模塊2內。被送入燃料電池模塊2內的空氣介由發電用空氣導入管74而被導入空氣用換熱器22的發電用空氣流路72，並被預熱。預熱後的空氣介由各出口孔76a(圖3)而流出至各連接流路76。流入各連接流路76的發電用空氣經由設置於燃料電池模塊2兩個側面的發電用空氣供給路77而流向下方，從很多的吹出口 77a朝向燃料電池電堆14而被噴射至發電室10內。
[0122]噴射至發電室10內的空氣與燃料電池電堆14的空氣極側(氧化劑氣體極側)即各燃料電池單電池單元16的外側面接觸，空氣中的氧的一部分被利用於發電。另外，介由吹出口 77a而向發電室10的下部噴射的空氣一邊利用於發電一邊沿發電室10內上升。沿發電室10內上升的空氣使從各燃料電池單電池單元16的上端流出的燃料燃燒。該燃燒所產生的燃燒熱量加熱配置在燃料電池電堆14上方的重整器20的蒸發部20a及重整部20b。燃料燃燒而生成的燃燒氣體在加熱上方的重整器20後，經由重整器20上方的開口部21a而流入整流板21的上側。流入整流板21上側的燃燒氣體經由用整流板21構成的排氣通路21b，而被引導至空氣用換熱器22的入口即連通開口 8a。從連通開口 8a流入空氣用換熱器22的燃燒氣體流入開放的各燃燒氣體配管70的端部，與沿各燃燒氣體配管70外側的發電用空氣流路72流動的發電用空氣之間進行熱交換，並匯集至排放氣體匯集室78。匯集至排放氣體匯集室78的排放氣體介由排放氣體排出管82而向燃料電池模塊2的外部排出。由此，蒸發部20a中的水的蒸發以及重整部20b中的吸熱反應即水蒸氣重整反應被促進，同時空氣用換熱器22內的發電用空氣被預熱。
[0123]下面，再參照圖12至14，說明固體氧化物型燃料電池I的起動工序中的控制。
[0124]圖12是起動工序中的控制流程圖。圖13是表示起動工序的各階段的燃料、重整用空氣、水、發電用空氣的供給量的圖表。圖14是表示起動工序中的燃料等的各供給量及各部分的溫度的一個例子的時間圖。另外，圖14的縱軸刻度表示溫度，燃料等的各供給量概略示出它們的增減。
[0125]在圖12至圖14所示的起動工序中，使處於常溫狀態的燃料電池電堆14的溫度上升至可進行發電的溫度。
[0126]首先，在圖12的步驟SI中，控制部110使供水部件即水流量調節單元28工作規定時間。在起動初期，在水流量調節單元28至重整器20的蒸發部20a的純水導入管60內充滿空氣。另外，由於由水流量調節單元28供給的水的流量極為微少，因此使水流量調節單元28工作後，在水實際上流入蒸發部20a之前發生時延。因此，在起動的最初階段，通過使水流量調節單元28工作規定時間，從而預先清空純水導入管60內的空氣，同時使重整用水充滿純水導入管60內。在本實施方式中，控制部110在以供水量約3cc/min使水流量調節單元28工作約2分鐘後，使其停止，在後續的點火工序中使水流量調節單元28停止。
[0127]之後，在圖12的步驟S2中，開始供給發電用空氣及重整用空氣(圖14的時刻t0)。具體而言，控制部件即控制部110向發電用氧化劑氣體供給部件即發電用空氣流量調節單元45發送信號，使其工作。如上所述，發電用空氣介由發電用空氣導入管74而被導入燃料電池模塊2內，經由空氣用換熱器22、發電用空氣供給路77而流入發電室10內。另外，控制部Iio向重整用氧化劑氣體供給部件即重整用空氣流量調節單元44發送信號，使其工作。導入燃料電池模塊2內的重整用空氣經由重整器20、分流器66而流入各燃料電池單電池單元16的內部，並從其上端流出。另外，在時刻t0，由於還未供給燃料，因此在重整器20內不發生重整反應。在本實施方式中，在圖14的時刻t0開始的發電用空氣的供給量為約100L/min，重整用空氣的供給量為約10.0L/min (參照圖13的「預清空」)。
[0128]之後，在圖14的距時刻t0經過規定時間後的時刻tl，開始燃料供給(圖12的步驟S3)。具體而言，控制部110向燃料供給部件即燃料流量調節單元38發送信號，使其工作。在本實施方式中，在時刻tl開始的燃料供給量為約5.0L/min(參照圖13的「點火」)。另外，重整用空氣供給量減少至約9.0L/min，發電用空氣供給量保持之前的值。導入燃料電池模塊2內的燃料經由重整器20、分流器66而流入各燃料電池單電池單元16的內部，並從其上端流出。另外，在時刻tl，由於重整器的溫度還處於低溫，因此在重整器20內不發生重整反應。
[0129]之後，在圖12的步驟S4中，判斷是否是應該點火的時機。具體而言，判斷是否從圖14的時刻tl經過規定時間從而已完成進行點火的準備。在距時刻tl未經過規定時間時，反覆進行步驟S4的處理。在距時刻tl已經過規定時間的時刻t2，執行圖12的步驟S5，開始針對所供給的燃料的點火工序。具體而言，在點火工序中，控制部110向點火部件即點火裝置83(圖2)發送信號，對從各燃料電池單電池單元16的上端流出的燃料進行點火。點火裝置83在燃料電池電堆14的上端附近反覆產生火花，對從各燃料電池單電池單元16的上端流出的燃料進行點火。
[0130]之後，在圖12的步驟S6中，通過內置在控制部110中的點燃判定部件IIOa(圖6)，判斷是否已完成點燃，即是否處於使從各燃料電池單電池單元16的上端流出的燃料持續燃燒的狀態。已完成點燃時，則進入步驟S7，而未完成點燃時則反覆進行步驟S6的處理。具體而言，點燃判定部件IlOa在通過配置在燃料電池電堆14的上端附近的溫度檢測部件即發電室溫度傳感器142檢測出的溫度比點火開始前上升10°C以上時，則判斷為已完成點燃(參照圖13的「點火」)。或者，也可以如下構成本發明，根據檢測來自燃料電池模塊2的排氣溫度的排氣溫度傳感器140 (圖6)的檢測溫度、檢測重整器20的溫度的重整器溫度傳感器148(圖6)的檢測溫度、或者多個檢測溫度的組合，來判斷是否已完成點燃。
[0131]在圖14的時刻t3判定已完成點燃時，則進入步驟S7,從步驟S7開始，執行點燃完成後(圖14中的時刻t3之後)的起動工序。
[0132]在圖14的時刻t3判定已完成點燃時，開始供給重整用水。具體而言，控制部110向供水部件即水流量調節單元28 (圖6)發送信號，使其工作。如上所述，在圖14的時刻t0之前，水流量調節單元28工作規定時間，清空純水導入管60內的空氣，同時在純水導入管60內充滿重整用水。因此，從水流量調節單元28剛剛工作開始之後水便流入重整器20的蒸發部20a。由此，不會發生時延，可以在恰當的時機生成水蒸氣重整用的水蒸氣。
[0133]在本實施方式中，在時刻t3開始的供水量為2.0cc/min。在時刻t3，燃料供給量保持於之前的約5.0L/min(參照圖13的「ATR1」)。而且，發電用空氣及重整用空氣的供給量也保持於之前的值。另外，在該時刻t3，重整用空氣中的氧O2和燃料中的碳C的比值O2/C為約0.32 (參照圖13的「02/C」欄)。在此，比值02/C = I是指對應於如下狀態，即燃料中的碳原子C的數量與重整用空氣中的氧分子O2的數量相等。因而，理論上在比值o2/c =0.5的狀態下，燃料中所有的碳原子C與重整用空氣中所有的氧分子O2進行反應，由此燃料中的所有的碳變為一氧化碳，比值02/C低於0.5時則產生剩餘的碳，產生碳析出等的問題。但是，實際上由於重整用空氣中包含的微量的水分等與燃料中的碳進行反應，因此不會引起碳析出，有時可以使比值02/C的值下降至約0.4左右。因而，ATRl工序中的比值02/C =0.32是對所供給的燃料的全部量進行部分氧化重整時，重整用空氣處於不足的狀態。
[0134]另外，在時刻t3，通過所供給的水而生成的水蒸氣S與燃料中的碳C的比值S/C為0.43 (參照圖13的「S/C」欄)。在此，比值S/C = I意味著如下狀態，所供給的燃料中包含的碳的全部量通過所供給的水(水蒸氣)在化學上沒有過多或過少地被水蒸氣重整。因而，比值S/C = 0.43是對所供給的燃料的全部量進行水蒸氣重整時，重整用水處於不足的狀態。而且，實際上若是S/C= I的水蒸氣量則會在重整器20內產生剩餘的碳，因此，在對所供給的所有的燃料進行水蒸氣重整時，S/C = 2.5左右的水蒸氣量是較為適當的量。
[0135]在圖14的時刻t3點燃後，所供給的燃料作為殘餘氣體而從各燃料電池單電池單元16的上端流出，並在此燃燒。該燃燒熱量加熱配置在燃料電池電堆14上方的重整器20的蒸發部20a及重整部20b。在此，在重整器20的上方(箱體8之上)配置有蒸發室用絕熱材料23，由此，在燃料剛剛開始燃燒之後，蒸發部20a及重整部20b的溫度從常溫急劇上升。由於向配置在蒸發室用絕熱材料23之上的空氣用換熱器22導入外氣，因此空氣用換熱器22尤其在剛剛開始燃燒之後溫度較低，容易成為冷卻源。在本實施方式中，通過在箱體8的上面和空氣用換熱器22的底面之間配置有蒸發室用絕熱材料23，從而可抑制熱量從箱體8內的配置在上部的重整器20向空氣用換熱器22轉移，變得容易在箱體8內的重整器20附近留住熱量。此外，由於蒸發部20a上方的整流板21上側的空間構成為燃料氣體流動變慢的氣體滯留空間21c (圖2)，因此蒸發部20a附近被雙重絕熱，溫度更加急速地上升。
[0136]如此，通過蒸發部20a的溫度急速上升，殘餘氣體開始燃燒後可在短時間內生成水蒸氣。而且，由於向蒸發部20a每次少量地供給重整用水，因此與大量的水貯留在蒸發部20a中的情況相比，可以通過較少的熱量將水加熱至沸點，可以儘快開始供給水蒸氣。而且，如上所述，在蒸發部20a中不會發生時延，從水流量調節單元28剛剛開始工作之後便流入水，因此，可以避免供水延遲所引起的蒸發部20a的過度溫度上升及水蒸氣的供給延遲。
[0137]另外，在殘餘氣體開始燃燒後經過一定程度的時間時，空氣用換熱器22的溫度也通過從燃燒室18流入空氣用換熱器22的排放氣體而上升。對重整器20和空氣用換熱器22之間進行絕熱的蒸發室用絕熱材料23是設置在絕熱材料7內側的絕熱材料。因而，配置蒸發室用絕熱材料23的目的不是抑制熱量從燃料電池模塊2散失，而是在殘餘氣體剛剛開始燃燒之後，使重整器20尤其是其蒸發部20a的溫度急速上升。因此，蒸發室用絕熱材料23被設計為具有為了達成該目的所需的足夠的熱阻，其構成為熱阻比絕熱材料7小。
[0138]如此，在重整器20的溫度上升的時刻t4，經由蒸發部20a而流入重整部20b的燃料和重整用空氣發生式(I)所示的部分氧化重整反應。
[0139]CniHJxO2 — aC02+bC0+cH2 (I)
[0140]由於該部分氧化重整反應是發熱反應，因此在重整部20b內發生部分氧化重整反應時，其周圍的溫度在局部急劇上升。
[0141]另一方面，在本實施方式中，從剛剛確認點燃之後的時刻t3開始供給重整用水，另外，由於構成為蒸發部20a的溫度急速上升，因此在時刻t4，已經在蒸發部20a內生成水蒸氣，並向重整部20b供給。即，使殘餘氣體點燃後，從重整部20b的溫度達到發生部分氧化重整反應的溫度的規定時間之前開始供水，在達到發生部分氧化重整反應的溫度時，在蒸發部20a中貯留有規定量的水，並生成有水蒸氣。因此，由於發生部分氧化重整反應而溫度急劇上升時，則發生供給至重整部20b的重整用水蒸氣與燃料進行反應的水蒸氣重整反應。該水蒸氣重整反應是式(2)所示的吸熱反應，在比部分氧化重整反應高的溫度下發生。
[0142]CniHJxH2O — aC02+bC0+cH2 (2)
[0143]如此，到達圖14的時刻t4時，在重整部20b內發生部分氧化重整反應，另外，由於發生部分氧化重整反應而引起的溫度上升，還同時發生水蒸氣重整反應。因而，在時刻t4之後在重整部20b內發生的重整反應是部分氧化重整反應和水蒸氣重整反應同時存在的式⑶所示的自熱重整反應(ATR)。即，在時刻t4開始ATRl工序。
[0144]CmHn+x02+yH20 ^ aC02+bC0+cH2 (3)
[0145]如此，在本發明實施方式的固體氧化物型燃料電池I中，在起動工序的整個期間內進行供水，部分氧化重整反應(POX)不會單獨發生。另外，在圖14所示的時間圖中，時刻t4的重整器溫度為約200°C。雖然該重整器溫度比發生部分氧化重整反應的溫度低，但是由重整器溫度傳感器148 (圖6)檢測出的溫度為重整部20b的平均溫度。實際上即使在時刻t4，重整部20b也局部達到發生部分氧化重整反應的溫度，利用所發生的部分氧化重整反應的反應熱量，還誘發水蒸氣重整反應。如此，在本實施方式中，點燃後，從重整部20b達到發生部分氧化重整的溫度之前開始供水，部分氧化重整反應不會單獨發生。
[0146]另外，如上所述，部分氧化重整反應是發熱反應，水蒸氣重整反應是吸熱反應。因此，在燃料電池模塊2內的溫度還低的起動工序的初期，在重整部20b內發生過度的水蒸氣重整反應時,會引起重整部20b的溫度下降。在本實施方式中，通過將ATRl工序中的02/C、S/C的值設定為恰當的值，而成功地誘發水蒸氣重整反應，並使重整部20b的溫度上升。
[0147]另外，通過重整部20b中`的自熱重整反應而產生的一氧化碳以及未使用於重整而殘留的水蒸氣經由燃料氣體供給管64及分流器66(圖2)，到達各燃料電池單電池單元16的燃料極。如上所述，由於將鎳使用於各燃料電池單電池單元16的第I燃料極90d及第2燃料極90e (圖4(b))，因此通過鎳的催化作用，一氧化碳和水蒸氣進行式(4)所示的變換反應。即，在重整部20b的溫度達到發生部分氧化重整反應的溫度的狀態下，在各燃料電池單電池單元16的燃料極誘發變換反應。
[0148]CCHH2O — C02+H2 (4)
[0149]通過該變換反應而由一氧化碳及水蒸氣生成二氧化碳及氫。在此，由於變換反應是發熱反應，因此通過在各燃料電池單電池單元16的燃料極發生變換反應，而加熱燃料電池單電池單元16。另外，通過變換反應生成的氫從各燃料電池單電池單元16的上端流出，在燃燒室18中燃燒。因此，通過發生變換反應，從而重整器20被更加強力地加熱。
[0150]在此，變換反應的活化溫度範圍是約500°C~600°C的溫度範圍，已知發生在下限溫度為約500°C、上限溫度為約650°C左右的溫度範圍內。在起動工序的初期(時刻t4~)，各燃料電池單電池單元16的溫度整體上未達到發生變換反應的溫度，但是從重整器20流出的高溫的一氧化碳及水蒸氣與各燃料電池單電池單元16的燃料極的表面接觸時，則溫度局部上升。由此，即使在起動工序的初期也確認到了發生變換反應。另外，在本實施方式中，通過恰當地設計將燃料從重整器20導向各燃料電池單電池單元16的燃料氣體供給管64及分流器66的構成、配置、尺寸，從而調節到達各燃料電池單電池單元16的一氧化碳及水蒸氣的溫度，以有效誘發變換反應。而且，在本實施方式中，在各燃料電池單電池單元16的燃料極中使用作為變換反應的催化劑而發揮作用的鎳，同時通過恰當地設計燃料電池單電池單元16的長度，從而積極地誘發燃料極中的變換反應。另外，已知除鎳以外，各種貴金屬作為變換反應的催化劑而發揮作用。
[0151]如此，在本發明實施方式的固體氧化物型燃料電池I中，通過將重整器20的蒸發部20a配置在燃料電池電堆14的上方，從而用殘餘氣體的燃燒熱量直接加熱蒸發部20a。另外，本實施方式的固體氧化物型燃料電池I構成為，在蒸發部20a的上方配置蒸發室用絕熱材料23，同時形成氣體滯留空間21c，在起動工序的初期，蒸發部20a的溫度急速上升，在重整反應開始時供給水蒸氣。此外，在本實施方式的固體氧化物型燃料電池I中，通過恰當地設計各燃料電池單電池單元16、燃料氣體供給管64及分流器66，從而在燃料電池單電池單元16的燃料極中，積極地誘發變換反應。通過上述構成，在起動工序中，防止單獨發生重整器20內的部分氧化重整反應，從重整反應一開始便發生自熱重整反應。由此，抑制因重整部20b的熱失控而使溫度過度上升從而導致重整器20及重整催化劑劣化。另外，在本實施方式的固體氧化物型燃料電池I中，通過利用變換反應的反應熱量及由變換反應生成的氫的燃燒熱量，從而成功省略使部分氧化重整反應單獨發生的POX工序，並通過ATRl工序，使重整器20及燃料電池電堆14的溫度儘快穩定地上升。
[0152]之後，在圖12的步驟S8中，判斷重整器20的溫度是否已達到規定的ATR2工序轉移溫度。已達到ATR2工序轉移溫度時則進入步驟S9，未達到時則反覆進行步驟S8的處理。在本實施方式中，當重整器溫度傳感器148的檢測溫度達到約500°C以上時，從ATRl工序轉入ATR2工序。
[0153]之後，在步驟S9中，供水量從2.0cc/min變更為3.0cc/min (參照圖13的「ATR2工序」及圖14的時刻t5)。另外，燃料供給量、重整用空氣供給量及發電用空氣供給量保持於之前的值。由此，ATR2工序中的水蒸氣和碳的比值S/C增加至0.64，另一方面，重整用空氣和碳的比值02/C則保持於0.32。如此，通過將重整用空氣和碳的比值02/C保持於一定，並使水蒸氣和碳的比值S/C增加，從而未使可進行部分氧化重整的碳量下降，而使可進行水蒸氣重整的碳量增加。由此，切實避免重整部20b中的碳析出的風險，並可以在重整部20b的溫度上升的同時，使水蒸氣重整的碳量增加。
[0154]進而，在圖12的步驟SlO中，判斷燃料電池電堆14的溫度是否已達到規定的ATR3工序轉移溫度。已達到ATR3工序轉移溫度時則進入步驟S11，未達到時則反覆進行步驟SlO的處理。在本實施方式中，當發電室溫度傳感器142的檢測溫度達到約400°C以上時，從ATR2工序轉入ATR3工序。
[0155]之後，在步驟SI I中，燃料供給量從5.0L/min變更至4.0L/min，重整用空氣供給量從9.0L/min變更至6.5L/min(參照圖13的「ATR3工序」及圖14的時刻t6)。另外，供水量及發電用空氣供給量保持於之前的值。由此，ATR3工序中的水蒸氣和碳的比值S/C增加至
0.80，另一方面，重整用空氣和碳的比值02/C減少至0.29。如此，通過將供水量保持於一定，並使重整用空氣供給量減少，從而可以避免水蒸氣重整的急劇增加所引起的溫度下降的風險，並使可進行部分氧化重整的碳量下降，使水蒸氣重整反應的比例增加。如此，雖然ATR工序被分成ATR1、ATR2及ATR3的三個階段來執行，但是控制水流量調節單元28，使ATR工序的初期階段即ATRl工序中的供水量最少。另外，通過將ATR工序分成多個階段來執行，從而在各階段變更燃料、重整用空氣、重整用水的供給比例，避免過度發生水蒸氣重整所引起的溫度下降，並利用自熱重整反應而使重整器20及燃料電池電堆14的溫度上升。
[0156]進而，在圖12的步驟S12中，判斷燃料電池電堆14的溫度是否已達到規定的SRl工序轉移溫度。已達到SRl工序轉移溫度時則進入步驟S13，未達到時則反覆進行步驟S12的處理。在本實施方式中，當發電室溫度傳感器142的檢測溫度達到約550°C以上時，則轉入SRl工序。
[0157]之後，在步驟S13中，燃料供給量從4.0L/min變更至3.0L/min，供水量從3.0cc/min變更至7.0cc/min (參照圖13的「SR1工序」及圖14的時刻t7)。另外，停止供給重整用空氣，發電用空氣供給量被保持於之前的值。由此，在SRl工序中，在重整部20b內只發生水蒸氣重整，水蒸氣和碳的比值S/C被設定於為了對所供給的燃料的全部量進行水蒸氣重整而恰當的2.49。由於在圖14的時刻t7，重整器20、燃料電池電堆14的溫度都已充分上升，因此即使在重整部20b內不發生部分氧化重整反應，也可以穩定地發生水蒸氣重整反應。
[0158]進而，在圖12的步驟S14中，判斷燃料電池電堆14的溫度是否已達到規定的SR2工序轉移溫度。已達到SR2工序轉移溫度時則進入步驟S15，未達到時則反覆進行步驟S14的處理。在本實施方式中，當發電室溫度傳感器142的檢測溫度達到約600°C以上時，則轉入SR2工序。
[0159]之後，在步驟S15中，燃料供給量從3.0L/min變更至2.5L/min，供水量從7.0cc/min變更至6.0cc/min (參照圖13的「SR2工序」及圖14的時刻t8)。另外，發電用空氣供給量被保持於之前的值。由此，在SR2工序中，水蒸氣和碳的比值S/C被設定於2.56。如此，在本實施方式中，作為在起動工序中執行的燃料重整的工序，僅執行ATR工序(ATR1工序、ATR2工序及ATR3工序)及SR工序(SRl工序及SR2工序)。
[0160]另外，執行規定時間的SR2工序後，轉入發電工序，結束圖12所示的流程圖的處理。在發電工序中，從燃料電池電堆14向逆變器54(圖6)導出電力，開始發電。另外，在發電工序中，在重整部20b中只通過水蒸氣重整來對燃料進行重整。
[0161]根據本發明實施方式的固體氧化物型燃料電池I，在殘餘氣體燃燒電池燃燒器方式的固體氧化物型燃料電池中，為了能夠在起動工序的初期生成水蒸氣重整用的水蒸氣，而將蒸發部20a配置在多個燃料電池單電池單元16的上方，同時與重整部20b鄰接配置(圖2、圖3)。通過採用這種構成，可以儘早地生成水蒸氣，此外，通過控制重整用空氣流量調節單元44及水流量調節單元28，避免在重整部20b內單獨發生部分氧化重整反應，從而防止重整部20b的熱失控。
[0162]另外，根據本實施方式的固體氧化物型燃料電池1，由於在重整部20b內，僅執行同時發生部分氧化重整反應及水蒸氣重整反應的ATR工序(圖14的時刻t4?t7)以及僅發生水蒸氣重整反應的SR工序(圖14的時刻t7?)，因此在重整部20b內，不會單獨發生發熱反應即部分氧化重整反應，可以防止重整反應的熱失控所引起的重整部20b的劣化、損傷。
[0163]而且，根據本實施方式的固體氧化物型燃料電池1，由於控制重整用空氣流量調節單元44，與重整用空氣中的氧O2和燃料中的碳C的比值02/C = 0.4相比，始終使氧O2的比例變少(參照圖13的「02/C」欄)，因此為了對所供給的燃料的全部量進行部分氧化重整，氧O2則會不足，一定會誘發水蒸氣重整反應，可以切實保護重整部。
[0164]另外，根據本實施方式的固體氧化物型燃料電池1，由於ATR工序被分成ATR1、ATR2、ATR3來執行(圖14的時刻t4?t7)，在ATR工序的初期階段，供水量最少(參照圖13的「純水流量」欄)，因此可以抑制在重整部溫度低的起動工序的初期發生的水蒸氣重整反應所引起的吸熱，使重整部的溫度切實上升。
[0165]而且，根據本實施方式的固體氧化物型燃料電池1，由於在重整部20b的溫度達到發生部分氧化重整反應的溫度之前由水流量調節單元28開始供水(圖14的時刻t3)，因此提前供給的水在蒸發部20a內成為水蒸氣，當達到發生部分氧化重整反應的溫度時(圖14的時刻t4)，可以切實向重整部20b供給水蒸氣。
[0166]另外，根據本實施方式的固體氧化物型燃料電池1，由於在點燃後開始供水(圖12的步驟S6 — S7)，因此可避免水蒸氣的供給延遲，避免發生急劇的水蒸氣重整反應，切實防止單獨發生部分氧化重整反應及重整部20b的溫度下降。
[0167]而且，根據本實施方式的固體氧化物型燃料電池1，由於在執行點火工序(圖12的步驟S5、S6)之前使水流量調節單元28工作(圖12的步驟SI)，因此可以預先清空將水導向蒸發部20a的管路內的空氣，可以縮短點燃後使水流量調節單元28工作時(圖12的步驟S7)的供水時延，可以在恰當的時機向蒸發部20a內供水。
[0168]另外，根據本實施方式的固體氧化物型燃料電池1，由於從ATRl工序轉入ATR2工序時(圖14的時刻t5)重整用空氣供給量被保持於一定，因此能夠保持可通過部分氧化重整而進行重整的碳量，同時使水蒸氣重整的比例增加,可以抑制重整部20b中的碳析出及重整部20b的溫度下降的風險。
[0169]而且，根據本實施方式的固體氧化物型燃料電池1，由於從ATRl工序轉入ATR2工序時(圖14的時刻t5)燃料供給量被保持於一定，因此可以在重整部20b的溫度低的狀態下防止重整反應變得不穩定，可以使重整部20b穩定地升溫。
[0170]另外，根據本實施方式的固體氧化物型燃料電池1，由於從重整部20b的溫度較為上升的ATR2工序轉移時(圖14的時刻t6)變更燃料供給量及重整用空氣供給量，因此可以將重整反應不穩定的風險抑制於最小限。
[0171]以上，說明了本發明優選的實施方式，但是可以對上述的實施方式加以各種變更。
[0172]在上述的實施方式中，雖然作為蒸發室升溫用絕熱層，具備配置在箱體8的上面和空氣用換熱器22之間的蒸發室用絕熱材料23，但是作為變形例，也可以使蒸發室升溫用絕熱層如圖15所示構成。
[0173]在圖15所示的變形例中，蒸發室升溫用絕熱層由形成在蒸發部20a和空氣用換熱器22之間的空氣層223構成。空氣層223由蒸發部20a和空氣用換熱器22之間的密封的空間構成。通過如此構成的空氣層223，可以抑制熱量從蒸發部20a向空氣用換熱器22移動，在起動工序的初期，可以使蒸發部20a的溫度急速上升。另外，在圖15所示的變形例中，雖然空氣層223由密封的空間構成，但是也可以由未與燃燒室18連通的開放的空間構成空氣層223，或者，還可以由形成為燃燒室18內的排氣難以流入且氣體所滯留的氣體滯留空間構成。
【權利要求】
1.一種固體氧化物型燃料電池，是殘餘氣體燃燒電池燃燒器方式的固體氧化物型燃料電池，供給至燃料電池單電池的燃料從一端流出，通過使流出的殘餘氣體燃燒來加熱重整部，其特徵在於，具有: 燃料電池模塊，具備在使燃料流過的內部通路上形成有燃料極的多個燃料電池單電池單元； 重整部，配置在該燃料電池模塊內的所述多個燃料電池單電池單元的上方，通過使所述燃料和重整用氧化劑氣體進行化學反應而引起的部分氧化重整反應以及使所述燃料和重整用水蒸氣進行化學反應而引起的水蒸氣重整反應來生成氫； 蒸發室，在所述多個燃料電池單電池單元的上方，與所述重整部鄰接配置，使所被供給的水蒸發； 燃燒室，配置在所述燃料電池模塊內，使流過所述內部通路的燃料在所述各燃料電池單電池單元的上端燃燒，加熱上方的所述重整部及所述蒸發室； 燃料供給部件，通過向所述重整部供給燃料，從而將在所述重整部中重整的燃料送入所述各燃料電池單電池單元； 重整用氧化劑氣體供給部件，向所述重整部供給重整用氧化劑氣體； 供水部件，向所述蒸發室供給重整用水； 發電用氧化劑氣體供給部件，向所述多個燃料電池單電池單元的氧化劑氣體極供給發電用氧化劑氣體； 及控制部件，在所述燃料電池模塊的起動工序中，控制所述燃料供給部件、所述重整用氧化劑氣體供給部件及所述供水部件，在所述重整部內發生部分氧化重整反應及水蒸氣重整反應，使所述多個燃料電池單電池單元升溫至可進行發電的溫度， 所述控制部件在所述起動工序的整個期間內，控制所述重整用氧化劑氣體供給部件及所述供水部件，避免在所述重整部內單獨發生部分氧化重整反應。
2.根據權利要求1所述的固體氧化物型燃料電池，其特徵在於，所述控制部件作為所述重整部內的燃料重整工序僅執行在所述重整部內同時發生部分氧化重整反應及水蒸氣重整反應的ATR工序以及在所述重整部內僅發生水蒸氣重整反應的SR工序。
3.根據權利要求2所述的固體氧化物型燃料電池，其特徵在於，所述控制部件控制所述重整用氧化劑氣體供給部件，使重整用氧化劑氣體的供給量在所述重整部內實現僅由部分氧化重整反應進行的燃料重整，與重整用氧化劑氣體中的氧O2和燃料中的碳C的比值O2/C = 0.4相比，始終使氧O2的比例變少。
4.根據權利要求3所述的固體氧化物型燃料電池，其特徵在於，所述控制部件將所述ATR工序分成多個階段來執行，在所述ATR工序的初期階段，控制所述供水部件，使供水量變為最少。
5.根據權利要求4所述的固體氧化物型燃料電池，其特徵在於，所述控制部件在所述重整部的溫度達到發生部分氧化重整反應的溫度之前使所述供水部件開始供水，避免在所述重整部內單獨發生部分氧化重整反應。
6.根據權利要求5所述的固體氧化物型燃料電池，其特徵在於，所述控制部件在使流過所述各燃料電池單電池單元的內部通路的燃料點燃後，在所述重整部的溫度達到發生部分氧化重整反應的溫度之前使所述供水部件開始供水。
7.根據權利要求6所述的固體氧化物型燃料電池，其特徵在於，所述控制部件在執行使流過所述各燃料電池單電池單元的內部通路的燃料點燃的點火工序之前使所述供水部件工作，在所述點火工序中使所述供水部件停止，並且在點燃後使所述供水部件開始供水。
8.根據權利要求4所述的固體氧化物型燃料電池，其特徵在於，所述控制部件在從所述ATR工序的初期階段即ATRl工序轉入下一個階段即ATR2工序時，使供水量增加，另一方面，將重整用氧化劑氣體供給量保持於一定。
9.根據權利要求8所述的固體氧化物型燃料電池，其特徵在於，所述控制部件在從所述ATRl工序轉入所述ATR2工序時，將燃料供給量保持於一定。
10.根據權利要求9所述的固體氧化物型燃料電池，其特徵在於，所述控制部件構成為在所述ATR2工序之後執行ATR3工序，從所述ATR2工序轉入所述ATR3工序時，變更燃料供給量及重整用氧化劑氣體供給量，另一方面，將供水量保持於一定。
11.根據權利要求3所述的固體氧化物型燃料電池，是殘餘氣體燃燒電池燃燒器方式的固體氧化物型燃料電池，供給至燃料電池單電池的燃料從一端流出，通過使流出的殘餘氣體燃燒來加熱重整部，其特徵在於，具有: 燃料電池模塊，收納有在使燃料流過的內部通路上形成有燃料極的多個燃料電池單電池單元； 外側絕熱材料，抑制熱量從該燃料電池模塊的內部向外部散失； 重整部，配置在所述燃料電池模塊內的所述多個燃料電池單電池單元的上方，通過使所述燃料和重整用氧化劑氣體進行化學反應而引起的部分氧化重整反應以及使所述燃料和重整用水蒸氣進行化學反應而引起的水蒸氣重整反應來生成氫； 蒸發室，在所述多個燃料電池單電池單元的上方，與所述重整部鄰接配置，使所被供給的水蒸發； 燃燒室，配置在所述燃料電池模塊內，使流過所述內部通路的燃料在所述各燃料電池單電池單元的上端燃燒，加熱上方的所述重整部及所述蒸發室； 燃料供給部件，通過向所述重整部供給燃料，從而將在所述重整部中重整的燃料送入所述各燃料電池單電池單元； 重整用氧化劑氣體供給部件，向所述重整部供給重整用氧化劑氣體； 供水部件，向所述蒸發室供給重整用水； 發電用氧化劑氣體供給部件，向所述多個燃料電池單電池單元的氧化劑氣體極供給發電用氧化劑氣體； 發電氧化劑氣體用換熱器，配置在所述蒸發室的上方，在所述燃燒室內生成的燃燒氣體和導入所述燃料電池模塊內的發電用氧化劑氣體之間進行熱交換，對供給至所述多個燃料電池單電池單元的發電用氧化劑氣體進行預熱； 蒸發室升溫用絕熱層，配置在該發電氧化劑氣體用換熱器和所述蒸發室之間，通過抑制熱量從所述蒸發室向所述發電氧化劑氣體用換熱器移動，從而促進所述蒸發室升溫；及控制部件，在所述燃料電池模塊的起動工序中，控制所述燃料供給部件、所述重整用氧化劑氣體供給部件及所述供水部件，在所述重整部內發生部分氧化重整反應及水蒸氣重整反應，使所述多個燃料電池單電池單元升溫至可進行發電的溫度， 所述控制部件在所述起動工序的整個期間內，控制所述重整用氧化劑氣體供給部件及所述供水部件，避免在所述重整部內單獨發生部分氧化重整反應。
12.根據權利要求11所述的固體氧化物型燃料電池，其特徵在於，對所述蒸發室和所述發電氧化劑氣體用換熱器之間進行絕熱的所述蒸發室升溫用絕熱層的熱阻構成為比對所述燃料電池模塊的內部和外部之間進行絕熱的所述外側絕熱材料的熱阻小。
13.根據權利要求12所述的固體氧化物型燃料電池，其特徵在於，所述蒸發室升溫用絕熱層橫跨配置在所述蒸發室大致整體的上方。
14.根據權利要求13所述的固體氧化物型燃料電池，其特徵在於，所述蒸發室升溫用絕熱層由配置在所述發電氧化劑氣體用換熱器和所述蒸發室之間的蒸發室用絕熱材料，或者設置在所述發電氧化劑氣體用換熱器和所述蒸發室之間的氣體滯留空間構成。
15.根據權利要求14所述的固體氧化物型燃料電池，其特徵在於，還具有排氣通路，設置在所述重整部及所述蒸發室和所述蒸發室升溫用絕熱層之間，將所述燃燒室內生成的燃燒氣體導向所述發電氧化劑氣體用換熱器。
【文檔編號】H01M8/12GK103579648SQ201310300965
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年7月17日 優先權日:2012年7月19日
【發明者】赤木陽祐, 阿部俊哉, 大塚俊治, 土屋勝久, 松尾卓哉, 渡邊直樹, 大村肇, 田中修平, 星子琢也 申請人:Toto株式會社